Progetto S.Co.P.E. – WP4

1. Progetto S.Co.P.E. – WP4 Fisica Subnucleare – Esperimento ATLAS M. Biglietti Università di Napoli Federico II

2. Large Hadron Collider (LHC) • Collisionatore protone - protone • Energia nel centro di massa di 14 TeV • Circonferenza di 27 km • Programma di fisica • Studio della fisica delle particelle nel range del TeV • Ricerca del bosone di Higgs di Modello Standard • Ricerca di particelle supersimmetriche • Misure di precisione Partenza prevista nel 2008 CMS LHCb ALICE ATLAS Workshop SCoPE - Stato del progetto e dei Work Packages Sala Azzurra - Complesso universitario Monte Sant’Angelo 21-2-2008

3. n µ Muon chambers Hadronic calorimeter g e K0,n Electromagnetic calorimeter p,p Inner detector L'Apparato Sperimentale ATLAS • Apparato sperimentale in grado di investigare un ampio spettro di misure fisiche • Lunghezza di 46 m, diametro di 22 m • Struttura a strati concentrici, 2 endcaps, barrel 22 m 46 m • Inner Tracker, calorimetri, spettrometro per muoni • Inner Tracker contenuto in un solenoide (max 2 T), spettrometro per m integrato in un toroide (air core, max 3.9 T nel barrel, 4.1 T negli endcaps) • 108 canali di elettronica Workshop SCoPE - Stato del progetto e dei Work Packages Sala Azzurra - Complesso universitario Monte Sant’Angelo 21-2-2008

4. Incrocio dei fasci ogni 25 ns  rate 109 Hz 25 interazioni per incrocio Sono necessari rivelatori con un'alta granularita'  108 canali di elettronica  event size ~1 MB Rate di input 1PB/s ! Siamo in grado di scrivere su disco ~100 MB/s Sistema di trigger che selezione eventi con particelle con alta energia reiezione 107 Eventi scritti file da max 2 GB, 16k file al giorno  10 TB/giorno ! p p Evento di LHC p p Workshop SCoPE - Stato del progetto e dei Work Packages Sala Azzurra - Complesso universitario Monte Sant’Angelo 21-2-2008

5. Esigenze nell'uso di HPC • Complessità del software di esperimento • Esigenza di un framework (ATHENA) comune per tutti i task di un esperimento di High Energy Physics (HEP) • Problemi di storage efficiente dei dati (e di spazio disco) • Esigenza di distribuire efficientemente i dati (Distributed Data Management tools) • Ottimizzazione del formato dati (Event Data Model) • Esigenza di rendere semplice l'accesso alle risorse ed ai dati • Tools di analisi distribuita (GANGA) Workshop SCoPE - Stato del progetto e dei Work Packages Sala Azzurra - Complesso universitario Monte Sant’Angelo 21-2-2008

6. Richieste Flessibilità e Mantenibilità (≈ 20 anni) Modellizzazione dei dati e algoritmi comune Separazione concettuale tra dati e algoritmi Algoritmi guidati dal framework attraverso esecuzione di sequenze Sviluppato con tecniche OO/C++ Configurazione via linguaggio di scripting (Python) Varie distribuzioni (releases) prodotte dall'esperimento Sviluppo Produzione nigthlies (DEV, VAL, BUGFIX) Dimensione di una release ~10 GB Diviso in ~20 sotto-progetti O(103) sviluppatori Piattaforma Linux (RedHat  SCL4) ATHENA Simulazione Rivelatore Monte Carlo Ricostruzione eventi Analisi Identificazione eventi Il Software di ATLAS: ATHENA Workshop SCoPE - Stato del progetto e dei Work Packages Sala Azzurra - Complesso universitario Monte Sant’Angelo 21-2-2008

7. Esempi di Task del Software ATLAS • Framework • conversione dei dati nei vari formati • passaggio informazioni tra gli algoritmi • configurazione delle condizioni e parametri • servizi (misura di CPU time, memory usage) • Simulazione Monte Carlo (Generatori HEP & Geant4) • generazione eventi • Trasporto delle tracce • Simulazione delle interazioni tra le particelle e la materia • Descrizione dettagliata della geometria del rivelatore e materiali inerti (DB) • Descrizione del Campo Magnetico • Ricostruzione • pattern recognition (globali, locali, Kalman Filter) • clustering • extrapolazione delle tracce ( straight line, parametrizzazione elicoidale,metodi numerici) • combinazione delle tracce • risoluzione delle ambiguità • track fit • calibrazione • Analisi • Navigazione semplice degli oggetti • strumenti per calcoli cinematica • associazione oggetti ricostruiti – oggetti MC • istogrammi, fit, procedure di minizzazione, visualizzazione (ROOT) • Event Display necessità di algoritmi ad alte prestazioni CPU: Simulazione 800kSI2K/evento Ricostruzione 25kSI2k/evento Memoria La ricostruzione usa 2GB RAM per la mappa del campo magnetico Workshop SCoPE - Stato del progetto e dei Work Packages Sala Azzurra - Complesso universitario Monte Sant’Angelo 21-2-2008

8. RPC TGC MDT mutilayer CSC MDT Esempio – Ricostruzione di Tracce Caso dello spettrometro a muoni • Traiettorie curve in campo magnetico  misura dell'impulso • Posizione misurata in un certo numero di stazioni (“hits”) • Pattern recognition : assegnazione degli hits a una traccia • Kalman Filter (Inner Detector) • Metodi globali, Hough Trasform (Spettrometro a muoni) • Fondo derivante da tracce di basso impulso (ID) e da interazioni delle tracce con strutture di supporto (MS) • algoritmi per il ricoscimento dei fakes • tempi di digitizzazione • Holes on tracks • Track fit : determinazione dei parametri (geometrici) di una traccia e calcolo dell’impulso • Algoritmi di minimizzazione • In piu’ • Scattering multiplo (Coulomb), ionizzazione, Bremsstrahlung…. Workshop SCoPE - Stato del progetto e dei Work Packages Sala Azzurra - Complesso universitario Monte Sant’Angelo 21-2-2008

9. Event Data Model Nelle varie fasi di ricostruzione e analisi ATLAS utilizza diversi formati di dati: 10% di AOD 500 KB 100 kB 1.6 MB RAW DPD ESD AOD Derived Physics Data: informazioni ridotte per analisi specifiche in ROOT. Analysis Object Data: rappresentazione ridotta degli eventi per l’analisi: oggetti “fisici” ricostruiti (elettroni, muoni, jet) Event Summary Data: output della ricostruzione (tracce e hit, celle e cluster nei calorimetri). Raw Data:dati in output dal sistema di trigger AOD ESD Raw Data Object PreparedRawData Measure-mentBase Track Track-Particle SpacePoint Track Segment CombinedReconstruction ClusteringDriftCircle- Formation Track extensionand fit (local) PatternRecognition Workshop SCoPE - Stato del progetto e dei Work Packages Sala Azzurra - Complesso universitario Monte Sant’Angelo 21-2-2008

10. Computing Model Tier0 320 MBps. 20/30 MBps 120 MBps Workshop SCoPE - Stato del progetto e dei Work Packages Sala Azzurra - Complesso universitario Monte Sant’Angelo 21-2-2008

11. Il Tier2 di Napoli • Risorse ATLAS per • Simulazioni Monte Carlo • Analisi Distribuita • Potenza di Calcolo: • 26 Worker Nodes • 16 Biprocessori e 10 Biprocessori Dual Core • 72 cores in totale • 100 kSI2k • Storage • 40+30 TB di disco • 4 Rack installati attualmente: • 2 Tier-2 ATLAS e 2 PON SCoPE Espansione fino a 10 Rack Workshop SCoPE - Stato del progetto e dei Work Packages Sala Azzurra - Complesso universitario Monte Sant’Angelo 21-2-2008

12. Analisi Distribuita - GANGA Strumento per sottomettere-gestire-monitorare i job in GRID • Applicazioni (basate su ATHENA) • Produzione, Simulazione, Riconstruzione, Analisi • Scelta della release • Sottomissione sorgente o librerie per l'analisi • Backend • LCG e NorduGrid • Possibilità di specificare i siti • Possibilità di ottenere informazioni sulla completezza dei dataset nei siti • Input Dataset • Local file system • DQ2 • Possibilità di usare dataset incompleti • specificare il numero minimo di files per dataset • Output Dataset • File system locale, retrieve alla fine del job • DQ2 • Scelta Storage Element • Splitter – Merger • Definizione di subjobs, numero eventi per subjob • Possibilità di unire i file ROOT di output Blocchi Funzionali: un job puo' essere configurato da un insieme di blocchi funzionali, ognuno dei quali si occupa di un aspetto diverso Workshop SCoPE - Stato del progetto e dei Work Packages Sala Azzurra - Complesso universitario Monte Sant’Angelo 21-2-2008

13. Creazione dei Jobs di Analisi Workshop SCoPE - Stato del progetto e dei Work Packages Sala Azzurra - Complesso universitario Monte Sant’Angelo 21-2-2008

14. Configurazione e Sottomissione dei Job • GANGA è stato opportunamente modificato per poter usare il CE e l'RB del prototipo S.Co.PE • I job ATHENA sono stati lanciati e testati sul prototipo Workshop SCoPE - Stato del progetto e dei Work Packages Sala Azzurra - Complesso universitario Monte Sant’Angelo 21-2-2008

15. Installazione delle Release in GRID • L'installazione delle release nei siti GRID/ATLAS è gestita da un autorità centrale • Procedura automatica tramite job di installazione • Le release obsolete possono essere rimosse quando non sono piu' usate per la produzione (o su richiesta) • Il sistema di installazione è capace di gestire richieste di singoli utenti (gruppi) • Procedura automatica di validazione delle installazioni • Stiamo lavorando per applicare la stessa procedura automatica di installazione in S.Co.PE e negli altri PON in vista dell'interoperabilità • Per ora esiste una installazione manuale di una delle release di produzione usate per le analisi Workshop SCoPE - Stato del progetto e dei Work Packages Sala Azzurra - Complesso universitario Monte Sant’Angelo 21-2-2008

16. Radiografia dello spettrometro a muoni con dati simulati Applicazione del Software • I test sono stati effettuati nell'ambito di "Data Challenge" di ATLAS (Computing System Commissioning) • Analisi di campioni di eventi simulati al fine • di mettere a punto il sistema di analisi distribuita dell'esperimento • di ottimizzare gli algoritmi di selezione online (trigger) in vista dell'imminente presa dati. • I risultati di queste analisi sono in via di pubblicazione Event Display di un evento reale (cosmici) selezionato dal trigger dei muoni Workshop SCoPE - Stato del progetto e dei Work Packages Sala Azzurra - Complesso universitario Monte Sant’Angelo 21-2-2008

17. Conclusioni • Complessità del sw ATLAS • molti task • Molti sviluppatori • Vita lunga  necessità di flessibilità e mantenibilità • Utenti distribuiti geograficamente • Grossa quantità di dati prodotti che devono essere distribuiti e processati world wide • Il sw ATLAS è concepito per utilizzare un computing model basato sui paradigmi GRID • Sistema per la gestione distribuita dei dati • event data model • tools per l'analisi distribuita • Sistemi adottati ri-adattati per funzionare su S.Co.Pe e gli altri PON • estende la sua esportabilità su grid diverse (interoperabilità) • consente di studiare meglio ed ottimizzare il computing model, sistema di analisi distribuita, algoritmi Workshop SCoPE - Stato del progetto e dei Work Packages Sala Azzurra - Complesso universitario Monte Sant’Angelo 21-2-2008